發 現 

早在1901年,一個叫做石渡的日本細菌學家就在患病的家蠶幼蟲上得到了一種桿狀芽孢菌,并在1905年發表的另一報告中稱之為″碎倒芽孢桿菌″。 后來在1911年的德國,一個叫蘇云金的小城鎮上 ,一種叫地中海粉螟的倉儲害蟲危害頻繁, 倉庫里成蟲飛舞, 面粉中幼蟲大快朵頤。直到一只離奇死亡的粉螟幼蟲引起了生物學家貝爾內(Berliner)的注意,隨后他從這些患病的地中海粉螟幼蟲體內分離到另一株類似的細菌之后,1915年才正式將此昆蟲病原細菌命名為蘇云金芽孢桿菌(Bacillus thuringiensis, Bt)1938年,第一個蘇云金芽孢桿菌商品制劑Sporeine在法國問世,并在地中海粉螟的防治中得到了應用。科學家們最終證實蘇云金桿菌對于鱗翅目、膜翅目、直翅目、鞘翅目等 130多種害蟲都具有殺蟲活性。

 殺蟲原理 

蘇云金桿菌殺蟲作用的主要成分是孢子形成過程中產生的伴孢晶體 ( CIPS ) , 它是單基 因表達的產物。伴孢晶體經敏感昆蟲口服后, 在中腸堿性環境中, 被降解為活性的多肽片斷的毒性片斷包含三個不同的結構域。一般認為結構 I 參與孔道的形成 , 結構域 Ⅱ決定毒素與受體的特異性結合, 結構域Ⅲ主要調節毒素的活性, 再與中腸受體蛋白結合 , 形成細胞膜通道, 破壞滲透膜, 引起細胞溶解 , 最終導致蟲體死亡 。

目前 , 全世界共分離到50000株蘇云金桿菌,分為62種血清型和亞種。這些血清型和 亞種分別具有不同的殺蟲基因,加上每一種蘇云金芽孢桿菌可同時含有多種殺蟲基因 , 從而 使蘇云金芽孢桿菌的殺蟲活性具有多樣性。

 生產工藝 

蘇云金桿菌并非來源于人工合成,是從自然界中得到,蘇云金桿菌廣泛分布于世界各地,從熱帶雨林到北極凍土帶,從土壤、昆蟲尸體、植物體表面、貯藏物或倉庫灰塵、污水等基質上均可分離到該菌。據估計,目前世界上約有6000余個蘇云金芽孢桿菌分離株。

蘇云金桿菌制劑的生產主要包括三個步驟,一是發酵過程,包括菌種的選育、發酵培養基及工藝選擇與優化,主要目的是培養殺蟲晶體蛋白與芽孢,二是殺蟲有效成分的濃縮與回收三是劑型化。其中,發酵過程是整個生產工藝的前提與關鍵。

蘇云金桿菌對營養的要求不嚴。它不僅在全部是可溶性營養成分的培養基中能良好生長,而且在含固量高的液體培養基中也能生長得很好,蘇云金桿菌對營養條件要求不高,能在多種氮源、碳源和無機鹽組成的營養基中生長增殖。氨基酸對蘇云金桿菌的生長起著重要的作用,一般來說,多數菌株只需要一種氨基酸作為外源性氨基酸來完成細胞生長及芽孢、晶體的合成。

蘇云金桿菌可利用碳氮源豐富的工業廢水進行生產,可以節約能源,降低了生產成本,而且在治理環境的同時變廢為寶。

 全球專利布局 

蘇云金桿菌作為生物農藥中最被關注,同時也是應用最廣泛的品種。 其在全球的專利布局,自然在生物農藥中最具有代表性；

全球共計申請蘇云金桿菌相關專利9167件,其中加拿大,歐專局,澳大利亞,日本,印度,韓國,德國,中國,美國等申請數量均在100件以上。其中中國的專利申請數量為2269件,而美國的專利申請數量為4404件。

可以關注的是傳統生物農藥的重要研發國家之一: 西班牙只有13個相關的專利申請。

而全球蘇云金桿菌相關專利申請最多的國家美國,其占了全球申請數量的近乎一半。但需要關注的是在這4404件專利中,3300件左右是植物新品種相關專利,也就是我們通常說的轉基因作物相關專利。

在所有的蘇云金相關專利申請中： 基因編輯相關專利144件；菌株篩選相關專利288件；應用&方法相關專利2775件,最多的作物品種專利為3326件。

蘇云金桿菌關于基因編輯的專利共計申請了144件。主要是保護具有殺蟲活性的蛋白氨基酸序列的編碼基因片段。

1.基因編輯

如：專利CN101717437B,申請人為：中國農業科學院植物保護研究所。專利名為：蘇云金芽孢桿菌Cry9E基因,蛋白及其應用。該專利保護了具有殺蟲活性的蛋白氨基酸序列的編碼基因片段。同時也給出了靶標害蟲為小菜蛾和玉米螟。

2.菌株(菌株篩選)

 蘇云金桿菌關于菌株篩選相關的專利共計申請了288件,主要是篩選具有殺蟲活性的次級代謝產物的菌株。包括不同的溫度,環境以及培養基等因素的影響。包括從相關培養菌落,昆蟲,植物等環境中提取。

3.應用&方法

應用和方法也是蘇云金桿菌相關專利的重要組成部分,全球共計申請2775個相關專利,包括防治常見鱗翅目害蟲,如棉鈴蟲,小菜蛾等,也包括一些線蟲,螨蟲等常見農業害蟲。

另外也有蘇云金桿菌相關農藥制劑制備的方法。其處理污水,以及除臭等也是重要應用方面。

4.作物品種(玉米,大豆等)

作物品種是蘇云金桿菌的專利布局最重要的方面,共計有3326件相關專利,占了總專利申請數量的三分之一左右。

主要是棉花,大豆,油菜等作物的導入BT的轉基因品種,但其主要申請人和專利權人非常集中,主要專利權人為：孟山都股份有限公司,先鋒國際良種公司等。

轉基因作物新品種最主要的申請人為先鋒國際良種和孟山都公司,兩者共計申請了2245件,占到所有相關作物品種專利的2/3以上。

 總 結 

蘇云金桿菌是目前應用時間最長,同時也最廣泛的生物農藥之一。其最主要的專利或者研發方向目前來看仍然是在應用和使用方法方面。 而需要關注的是相關的轉基因作物的品種專利是跨國種業公司用于壟斷轉基因作物市場以及相關農業產品的重要方法之一。